(1) A fosforilação oxidativa ocorre na mitocôndria e envolve a transferência de elétrons através de uma cadeia respiratória para reduzir O2 a H2O, gerando energia na forma de ATP. (2) Existem inibidores e desacopladores que podem interferir nesse processo, atuando nos complexos da cadeia respiratória ou dissipando o gradiente de prótons. (3) Nas mitocôndrias do tecido adiposo castanho, a termogenina causa desacoplamento térmico, dissip

1. Fosforilação Oxidativa
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Metabolismo e Endocrinologia
2.º Ano LEBM, Maio de 2006
Grupo 8: Lígia Figueiredo, Liliana Valente, Teresa Cardoso;
6.º Trabalho; Tema: Inibidores e desacopladores de transporte de
electrões e fosforilação oxidativa
Inibidores e desacopladores de transporte de
electrões e fosforilação oxidativa
- A fosforilação oxidativa é um passo importante no metabolismo nos organismos
aeróbios;
- Todas as etapas oxidativas na degradação de hidratos de carbono, gorduras e
aminoácidos convergem nesta etapa final da respiração celular, na qual a energia
conduz à síntese de ATP;
- Ocorre na mitocôndria;.
- A fosforilação oxidativa envolve a redução de O 2 a H 2 O, sendo os electrões
doados pelo NADH e FADH 2 , podendo ocorrer na presença ou ausência de luz.
- (1) Processo envolve fluxo de electrões (2) o fluxo de electrões é acompanhado
pela movimentação de protões, conservando a energia livre (3) O movimento de
protões transmembranares desce o seu gradiente de concentração através dos
canais específicos das proteínas, que assegura a energia livre pela síntese de ATP,
catalisada pela ATP sintase, que associa o movimento de electrões à fosforilação
do ADP.

2. Fosforilação Oxidativa
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- A matriz mitocondrial contém o complexo piruvato desidrogenase e as enzimas
do ciclo do ácido cítrico e os ciclos da oxidação aminoácida. O interior selectivo
da membrana segrega os intermediários e enzimas de alguns ciclos metabólicos.
- A fosforilação oxidativa começa quando se dá a entrada de electrões na cadeia
respiratória. Maior parte desses electrões surge da acção da desidrogenase que
dirige todos os electrões provenientes do catabolismo e dirige-os para os
receptores de electrões (NAD +
ou NADP +
e FMN ou FAD)
- As ligações NAD – desidrogenase removem 2 átomos de hidrogénio aos
substractos. Uma destas é a transferência como ião hidreto para o NAD+
- O NADH e o NADPH são transportadores de electrões hidrossolúveis que se
associam reversivelmente com as desidrogenases. O NADH age como um
transportador difusível carregando os electrões derivados das reações catabólicas
ao seu ponto de entrada na cadeia respiratória . O NADPH é um transportador
difusível que supre de electrões as reações anabólicas.
- As flavoproteínas (que contém FMN ou FAD) podem participar na transferência
de um ou dois electrões (levando neste ultimo caso a FADH 2 e FMNH 2 ). As
transferências de electrões ocorrem porque as flavoproteinas têm um elevado
potencial de redução (depende da proteína que está associada).
- A cadeia respiratória consiste numa série de transportadores de electrões, sendo a
maior parte deles proteínas integrais com grupos prostéticos capazes de aceitar e
doar um ou dois electrões. Ocorrem três tipos de transferências de electrões :
Transferência directa de Fe +3
para Fe +2
Transferência de um átomo de hidrogénio (H +
+ e _
)
Transferência de um hidreto (H _
).
- Podemos encontrar outros três tipos de transportadores de electrões na cadeia
respiratória:
- A ubiquinona ( Coenzima Q ou UQ ) que é uma benzoquinona
lipossolúvel com uma cadeia lateral isoprenóide muito longa. É capaz de
actuar na junção entre um doador de dois electrões e um receptor de um
electrão. Ela é facilmente difusível dentro da bicamada lipídica da
membrana mitocondrial interna.
- Os citocromos são proteínas transportadoras de electrões que
contém ferro (presente no grupo heme). Podem ser do tipo a, b e c,
diferindo na absorção de luz visível – perto dos 600 nm tipo a, 560 nm tipo
b e perto dos 550 nm tipo c). Os citocromos do tipo a e b e alguns do tipo
c são proteínas integrais da membrana.

3. Fosforilação Oxidativa
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- As proteínas Fe-S (ferro - enxofre) são transferidas de electrões que
contém Fe em associação com os átomos de S inorgânicos e/ou átomos de
S de resíduos de Cys na proteína. Estas proteínas participam na
transferência de um electrão onde, um dos átomos do Fe está oxidado ou
reduzido.
Focando, agora, os complexos da cadeia respiratória na mitocôndria, temos:
• COMPLEXO I : complexo de NADH desidrogenase . Transfere electrões
do NADH até a ubiquinona . Grupos prostéticos : FMN e Fe-S . Localizado
na membrana mitocondrial interna
• COMPLEXO II : complexo succinato desidrogenase . Transfere electrões
do succinato até a ubiquinona . Grupos prostéticos : FAD e Fe-S .
• COMPLEXO III : complexo dos citocromos bc1 ou ubiquinona-citocromo
c oxidoredutase . Transfere electrões da ubiquinona até o citocromo c .
Grupos prostéticos : Hemes e Fe-S .
• COMPLEXO IV : complexo citocromo oxidase . Acontece aqui a redução
do oxigénio. Transfere electrões do citocromo c até o oxigênio . Grupos
prostéticos : Hemes , Cua e Cub .
- No final da reacção da cadeia respiratória mitocondrial, os electrões movem-se
do NADH, ou outro dador primário, através de flavoproteínas, ubiquinona,
proteínas ferro enxofre, citocromos e por ultimo, chega-se ao O 2
- Um método para determinar a sequência dos transportadores de electrões
envolve a redução da entrada na cadeia de transportadores fornecendo uma fonte
de electrões, mas nenhum aceitador de electrões (não há O 2 no fim da cadeia).
Quando o O 2 é de repente introduzido no sistema, a média com que cada
transportador electrões começa a ser oxidado, revela a ordem com que cada
transportador funciona. O transportador mais perto do O 2 é o que liberta primeiro,
o 2º transportador, a partir do fim, é oxidado a seguir, e daí por adiante.
- Agentes que inibem a movimentação de electrões têm sido usados em
combinação nas medidas do grau de oxidação de cada transportador. Na presença
de O2 e de um dador de electrões, os transportadores que funcionam antes da
inibição tornam-se completamente reduzidos e aqueles que funcionam depois da
inibição ficam completamente oxidados. Por usar muitos inibidores, que
bloqueiam diferentes passos da cadeia, os investigadores determinaram toda a
sequência.

4. Fosforilação Oxidativa
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Os inibidores respiratórios
Quando utilizados para determinar a ordem da cadeia de transporte de
electrões:
- isolam a mitocôndria intacta da célula;
- disponibilizam um substracto oxidável de modo a que o transporte de
electrões possa ocorrer;
- medem as quantidades relativas das formas oxidadas e reduzidas de vários
transportadores de electrões.
Existem 3 sitios na cadeia de transporte de electrões que os inibidores
podem afectar:
A cooperação da ATP sintetase com a oxidação dos substractos para
realizar a fosforilação do ADP em ATP pode ser explicada através da teoria
quimiosmótica aplicada à mitocôndria, os electrões do NADH e outros substratos
oxidativos passam através uma cadeia de transportadores, os complexos I, II, III e
IV ligados à membrana interna da mitocôndria, arranjados assimetricamente nesta.
A transferência de electrões ao longo da cadeia respiratória é acompanhada pelo
bombeamento de protões para fora da membrana mitocondrial interna, realizada
apenas pelos complexos I,III e IV , o que leva a uma diferença na concentração de
protões transmembranares, um gradiente tanto químico quanto eléctrico. A energia
electroquímica é inerte nesta diferença de concentração de protões e separação de
cargas, a força proto- motora representa uma conservação de parte da energia da
oxidação. A membrana mitocondrial interna é impermeável aos protões, a força
proto- motora é subsequentemente usada para impulsionar a síntese do ATP.
Catalisada pelo complexo F1 associado com F0 (partes constituinte da ATP
sintetase que liga a matriz ao meio externo ), os protões fluem passivamente de
volta para a matriz, através dos poros formados pelo F0.

5. Fosforilação Oxidativa
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A síntese de ATP, através da fosforilação do ADP é acoplada à transferência
de electrões ao O2. Este acoplamento obrigatório pode ser demonstrado na
mitocôndria através de desacopladores químicos que incluem o 2,4 dinitrofenol
(DNP) e um grupo de compostos relacionados ao carbonilcianeto fenilidrazona, a
inibidores como, barbituratos, malanatos, antimicina, cianeto e outros e a ruptura
mecânica da membrana mitocondrial. Os desacopladores são ácidos hidrofóbicos
fracos. A sua hidrofobicidade permite-lhes difundir facilmente através das
membranas mitocondriais de forma protonada. Eles podem libertar um protão,
dissociar-se, dissipando a transferência de electrões da fosforilação oxidativa,
criando um curto-circuito eléctrico através da membrana mitocondrial, permitindo
que a respiração continue sem a síntese de ATP.
As substâncias inbidoras, como o cianeto, que bloqueia a transferência de
electrões entre acitocromo oxidase e o O2, inibe tanto a respiração quanto a síntese
de ATP. Estes inbidores actuam na cadeia de transporte de electrões, nos
complexos ligados a membrana interna das mitocôndrias.
As mitocôndrias desacopladas no tecido adiposo castanho produzem calor.
Na maioria dos mamíferos, incluindo o homem, os recém-nascidos possuem um
tipo de tecido chamado de tecido adiposo castanho, no qual a oxidação dos
combustíveis não funciona para produzir ATP, mas sim gerar calor para manter o
recém-nascido aquecido.
As mitocôndrias do tecido adiposo castanho oxidam combustíveis
(particularmente ácidos carboxílicos) normalmente, passando os electrões através
da cadeia respiratória até o O2. Esta transferência de electrões é acompanhada pelo
bombeamento de protões para fora da matriz, da mesma forma que noutra
mitocôndria. Entretanto, a mitocôndria do tecido adiposo castanho, possui apenas
uma proteína na sua membrana interna: a termogenina, também chamada de
proteína desacopladora (UCP). Esta proteína, uma proteína integral da membrana,
fornece uma via para os protões retornarem à matriz sem passarem através do
complexo F0F1. Em consequência deste curto-circuito dos protões, a energia da
oxidação não é conservada pela formação do ATP, mas é dissipada como calor, o
que contribui para manter a temperatura corporal. Para os recém-nascidos sem
cabelos, a manutenção do calor corporal é um importante uso da energia
metabólica. Os animais que hibernam dependem das mitocôndrias desacopladas
do tecido adiposo castanho para gerar o calor durante um longo período.

6. Fosforilação Oxidativa
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AGENTES QUE INTERFEREM COM A FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA.
- Tipos de interferência: Inibição da transferência de electrões:
*Amital (droga barbitúrica), Rotenona (insecticida) e antibiótico Piericidina A
inibem o fluxo dos electrões dos centros Fe-S do complexo I até a UQ.
*Antimicina A age no complexo III bloqueando a transferência de electrões do
citocromo b ao citocromo c1.
*Cianeto e CO inibem a citocromo-oxidase (complexo IV)
-Desacoplamento da fosforilação da transferência de electrões:
*Carbonilcianeto fenilidrazona e 2,4-dinitrofenol (DNP) são ácidos fracos com
propriedades hidrofóbicas; induzem o desacoplamento sem romper a estrutura
mitocondrial.
*Valinomicina também desacopla a fosforilação oxidativa.
*Proteína desacopladora (termogenina) forma poros que conduzem protões na
membrana interna da mitocôndria da gordura castanha.
Grupo 8
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